D-1- La zone subandine nord de Bolivie

Les formations Quendeque, Charqui et Tutumo montrent une tendance générale grano et strato-croissante avec une diminution de la proportion de sédiments de plaine d’inondation. A l’échelle de chacune des formations, on observe un accroissement des la part des conglomérats vers le haut de la série. C’est le cas pour la Fm. Quendeque avec le dépôt de faciès conglomératiques dans la région de Mayaya. La Fm. Charqui est constituée essentiellement de sédiments fins mais son équivalent chronologique, la Fm. Cangallí déposée dans la zone interandine, est conglomératique. Ce n’est qu’au moment de la mise en place de la Fm. Tutumo que des sédiments majoritairement conglomératiques se déposent dans la zone subandine externe (ZSE). Cette évolution découle de la structuration complexe de la zone subandine qui passe progressivement d’une zone de dépôt de type foredeep à wedge-top(Fig. III-D- 1) (Gil Rodriguez, 2001).

Figure II-D-1 : Evolution du système d’avant pays du bassin du Beni modifié de Gil Rodriguez (2001).

L’analyse des traces de fission dans les apatites, les datations Ar/Ar, mais aussi les données de profils sismiques nous permettent de reconstituer l’histoire de la mise en place des chevauchements et de la sédimentation associée.

i) L’étude des traces de fission dans les apatites (AFTA) nous a permis de donner un âge plancher pour le début de la sédimentation des série tertiaires. Les premiers dépôts ont eu lieu après 35Ma (2ı) (A, Fig. II-D-2). Ils viennent se déposer sur la Fm. Bala, un paléosol profondément développé qui indique une longue période de non dépôt. Ce paléosol est présent régionalement, ils se retrouve au sud de la Bolivie, dans la zone subandine (Fm. Petaca) (Horton et al., 2001; Uba et al., 2005).

ii) Les sédiments de la Fm. Quendeque aggradent rapidement dans la plaine d’inondation, subsidente, qui était traversée par un réseau anastomosé de pente faible, avec des lits bien définis et des interfluves marécageux. La zone de dépôt forbulge se situait peut-être au niveau du flanc est de l’actuel synclinal de Madidi. Vers le haut de la série, dans la zone proximale, la formation devient conglomératique. Ces conglomérats sont présents uniquement dans le synclinal de Mayaya (C, Fig. II-D-2).

Les AFTA nous indiquent également que ces dépôts étaient beaucoup plus épais dans la zone subandine interne que dans la zone subandine externe. Les apatites de la base de la série néogène ont été partiellement recuites. Elles ont donc été enfouies sous 4000 à 8000 m de sédiments tertiaires. Alors que les échantillons de la ZSE distale ont été beaucoup moins recouverts (BEN 054 et 055).

Par contre, au niveau de la Snía. El Pelado, la base des sédiments tertiaires a été peu enfouie, l’anticlinal généré par le chevauchement El Pelado s’est donc développé comme une structure précoce (Baby et al., 1995b). Le chevauchement Toregua se développe par la suite, la base de la série tertiaire ayant été profondément enfouie (B, Fig. II-D-2). Le développement de la structure El Pelado a construit le synclinal de l’Alto Beni sous la forme d’un bassin transporté comme l’indiquent les discordances progressives (Baby et al., 1995b). La partie supérieure de la Fm. Quendeque s’y est déposée alors que la déformation avait déjà commencé, aussi bien du côté de la Snía. Retama que de la Snía. Toregua.

iii) L’incision Miocène de la région de Tipuani a produit une grande quantité de galets. Nous pouvons supposer que se sont ces sédiments, mêlés aux galets provenant d’autres secteurs de la Cordillère qui ont alimenté le synclinal de Mayaya (Fig. II-D-2). Lors de cette incision, la géométrie des vallées de Tipuani était partiellement contrôlée par le Chevauchement Frontal Principal (CFP). Ces vallées sont toutes sub-perpendiculaires aux structures andines. Mais les vallées du sud-est de bassin longent le relief créé par le CFP. Ces reliefs portent à l’affleurement les calcaires de la Fm. Copacabana que l’on trouve dans les conglomérats de Mayaya. De plus ils contiennent des fragments de la Fm. Quendeque, ceci indique que la surrection de la Snía. Retama s’accompagne de la mise à l’érosion de la Fm. Quendeque elle-même. Les conglomérats de Mayaya sont relativement fins pour des sédiments aussi proximaux que le seraient ceux provenant de l’érosion de la région de Tipuani. Ces conglomérats peuvent être le faciès le plus distal conservé, les sédiments grossiers, plus proximaux, ayant été soulevés et érodés. La sédimentation est donc contemporaine du mouvement des chevauchements de El Pelado et Retama. L’accumulation sédimentaire aurait permis au chevauchement El Pelado de se propager verticalement, et au synclinal transporté de l’Alto Beni de s’approfondir (Baby et al., 1995a). Mais elle a aussi tendance à sceller ce chevauchement frontal et à bloquer son fonctionnement. L’érosion à l’arrière du synclinal permet alors au rétro-chevauchement CFP de fonctionner et soulever la Snía. Retama (Baby et al., 1995a) et la région de Tipuani incisée à cette période (C, Fig. II-D-2).

iv) Le soulèvement de la Snía Retama canalise les cours d’eau amont vers un seul exutoire, au niveau de Guanay. De même le soulèvement de la Snía El Pelado impose un exutoire unique pour le Bassin de l’Alto Beni. Les sédiments sont alors concentrés au niveau du centre du synclinal de Madidi. La concentration de la sédimentation dans les synclinaux de L’Alto Beni et de Madidi repousse le développement des chevauchements vers l’aval. Il se forme alors des synclinaux très larges (plus de 30 km) alors que, latéralement, les synclinaux sont très resserrés (carte structurale, Fig. I-14).

v) Le développement du chevauchement de Toregua est tardif. D’une part, il chevauche toute la série tertiaire du synclinal de Madidi. D’autre part, les données AFTA indiquent qu’il a été exhumé il y a moins de 10 Ma (Chapitre II-B).. Cet âge est

cohérent avec les âges de soulèvement des écailles frontales de la zone subandine

interne du sud du Pérou, entre 7,91±1,16 et 11,4 ±1,1 Ma (1ı)(Hermoza, 2004).

vi) L’âge Ar/Ar du tuff de la Fm. Charqui indique que la partie supérieure (~900m) de cette formation s’est déposée après 8Ma, au Miocène supérieur (D, Fig. II-D-2). Le dépôt de la Fm. Quendeque a cessé avant 8 Ma pour céder la place à la Fm. Charqui, contemporaine de la Fm. Cangallí. Ce passage se marque par l’augmentation de la proportion de grès par rapport aux argiles de plaine d’inondation. Les sédiments de plaine d’inondation ont donc été érodés au fur et à mesure de leur dépôt. Ceci indique une divagation importante des cours d’eau. Les relations entre le dépôt de cette formation et le développement des chevauchements frontaux de la ZSE restent obscures. Les données AFTA indiqueraient que le chevauchement de Caquiahuaca s’est exhumé alors que moins de 3000 à 5000 m de sédiments tertiaires le recouvraient. La partie supérieure de la Fm. Charqui s’est donc déposée alors que ce chevauchement se mettait en place (D, Fig. II-D-2). La déformation passe de la ZSI à la ZSE au Miocène supérieur-Miocène terminal. Pendant cette période le chevauchement de Toregua se propage dans le bassin de Madidi, et le chevauchement de Caquiahuaca commence juste à chevaucher les sédiments de la plaine du Beni. Cette propagation de la déformation vers le nord-est au Miocène supérieur s’accompagne de la mise en place du bourrelet péri montagneux à son niveau actuel (Roddaz, 2004).

vii) Dans la zone interandine la déformation peut être appréciée à plusieurs échelles, en utilisant plusieurs marqueurs. A l’échelle de l’ensemble du bassin de Tipunani on peut comparer la pente des paléotalwegs qui contiennent la Fm. Cangallí et celle des talwegs actuels qui suivent les mêmes vallées. Dans le cas de la vallée du Rio Tipuani, la pente du talweg actuel est de 0,3% tandis que celle du talweg du Paléotipuani est de 4,5% (Hérail et al., 1991). Cette paléopente moyenne n'est pas une pente de dépôt; elle intègre des déformations en compression marquées par de failles inverses visibles à l’échelle de l’affleurement. La différence de pente entre les cours d'eau actuels et les paléorivières traduit un soulèvement de la Cordillère Orientale par rapport au secteur aval du bassin de Cangallí de l’ordre de 600 m (Hérail et al., 1991).

viii) La Fm. Tutumo se dépose alors que le synclinal de Madidi se structure. Les cours d’eau étaient déjà canalisés par le relief naissant de la Snía Susi. Ce relief n’était

toutefois pas aussi marqué qu’à présent. En effet, la Fm. Tutumo est géométriquement concordante sur la Fm. Charqui. Du plus la Fm. Tutumo est déformée par la mise en place de ces reliefs frontaux (Oller, 1986).

Pour illustrer l’évolution de la déformation nous avons déplié la coupe structurale (Fig. II-D-2) : A) l’Oligocène : Les premiers sédiments de foredeep distal se déposent sur le paléosol de la Fm. Bala.

B) Au Miocène Moyen : dans le synclinal de l’Alto Beni le soulèvement des structures El Pelado et Retama a commencé. La Fm. Quendeque se dépose dans le synclinal transporté de l’Alto Beni et dans le synclinal de Madidi. Les grès de la base du tertiaire sont enfouis sous au moins 4km de sédiments dans la ZSI.

C) Au Miocène Supérieur : Le soulèvement de la Snía. Retama continue, le réseau de drainage s’approfondit et longe ce relief en amont. L’érosion dans la zone interandine est alors suffisante pour excaver des vallées profondes d’un millier de mètres. A la limite de la zone subandine elles étaient plus profondes que les vallées actuelles. L’érosion de cette région produit les conglomérats de Mayaya. Le chevauchement de Toregua commence, ce qui induit le soulèvement relatif du synclinal de l’Atlo Beni dans lequel les dépôts cessent. Dans le synclinal de Madidi la sédimentation devient plus grossière avec l’augmentation progressive de grès par rapport aux argiles de plaine d’inondation. C’est la Fm. Charqui.

D) Au Miocène terminal, se déposent les conglomérats de Cangallí et le kilomètre supérieur de la Fm. Charqui. Le piégeage des conglomérats dans la région de Tipuani est dû au soulèvement de la Snía. Retama et du synclinal de l’Alto Beni. L’activité des chevauchements de la ZSE a commencé.

E) Au Pliocène : Les conglomérats de la Fm. Tutumo viennent brusquement se déposer sur la Fm. Charqui. Jusqu'à maintenant : le chevauchement de Caquiahuaca et le rétro-chevauchement du synclinal de Madidi se propagent et déforment la Fm. Tutumo qui est actuellement incisée.